王茜 王成 任彬彬 張中霞 段敏杰 戴子云

摘 要：采用動(dòng)態(tài)頂空法，于2015年春季對(duì)福建柏林內(nèi)揮發(fā)物進(jìn)行采集并分析，結(jié)果表明：春季福建柏林內(nèi)共檢測(cè)出170多種物質(zhì)，鑒定出163種，另有9種物質(zhì)未鑒定出;烷烴、烯烴、醇類、酮類物質(zhì)較其他類物質(zhì)時(shí)濃度高，是福建柏林內(nèi)揮發(fā)物的主要成分;福建柏林中烯烴類化合物大部分是萜烯類，環(huán)境因素如光照強(qiáng)度、溫濕度等對(duì)植物揮發(fā)物的釋放起著決定性作用。

關(guān)鍵詞：春季;福建柏;揮發(fā)物;日變化

中圖分類號(hào) S79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）16-0020-03

植物揮發(fā)性有機(jī)化合物（簡(jiǎn)稱VOCs）不僅是植物釋放出來(lái)的，具有芳香氣味或?qū)θ梭w有保健作用的化學(xué)物質(zhì)，也是重要的化學(xué)信息傳遞物質(zhì)，在抑制空氣微生物的生長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境的氧化還原狀態(tài)的改變，以及對(duì)空氣對(duì)流層化學(xué)成分的改變以及全球碳循環(huán)等方面均具有重要的作用[1-3]。福建柏是南方常見的綠化樹種之一，為我國(guó)特有的單種屬植物，在研究柏科植物系統(tǒng)發(fā)育方面具有重要意義。因其樹形美觀、樹干通直、適應(yīng)性強(qiáng)、材質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國(guó)南方地區(qū)重要的用材樹種，同時(shí)也是庭院綠化的首選樹種[3-5]。對(duì)其保健功能尤其是釋放有機(jī)揮發(fā)物的研究，為福建柏的合理應(yīng)用和配置，充分發(fā)揮植物揮發(fā)有益VOCs的保健功能，豐富城市常見綠化樹種的生態(tài)美、促進(jìn)視覺(jué)美和嗅覺(jué)美的統(tǒng)一等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。春季是植物釋放VOCs數(shù)量和濃度較高的時(shí)期，為此，本研究以春季福州旗山森林公園福建柏為試驗(yàn)對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)頂空吸附法對(duì)其林內(nèi)釋放的揮發(fā)物進(jìn)行24h采集，對(duì)揮發(fā)物數(shù)量和濃度的日變化規(guī)律進(jìn)行了分析。

1 研究地概況

研究區(qū)選擇在福州旗山森林公園內(nèi)，公園總面積約3600hm2，氣溫年均值在15～24℃，日照數(shù)年均值在1800～2180h，降水量年均值在800～2300mm，夏季降水量占全年的46%，相對(duì)濕度年均值在75%～88%，屬于暖濕的亞熱帶氣候。福建柏林地位于公園西南方向，面積約35hm2，夏季郁閉度0.8，林齡10年，平均樹高8m，平均胸徑10.2cm，平均枝下高1.5m，林下植被有野草莓、山杜鵑、杜莖山等[3]。

2 研究方法

2.1 采集和測(cè)定方法 本實(shí)驗(yàn)于2015年4月上、中、下旬，分別選擇晴朗無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的天氣3d，每天從早7∶00至次日5：00，每隔2h采用開放式動(dòng)態(tài)頂空吸附采集法，對(duì)福建柏林內(nèi)的向陽(yáng)背風(fēng)面、健康無(wú)殘缺的枝葉進(jìn)行揮發(fā)物采集。重復(fù)3次，每次采樣1h，氣體流量設(shè)置為100mL/min，采樣高度為1.5m人體平均呼吸高度。本實(shí)驗(yàn)大氣采樣儀是由北京市勞動(dòng)保護(hù)所提供的QC-1型采樣儀，采用管選用美國(guó)進(jìn)口的TCT金屬采用管[3-4]。

2.2 分析方法 揮發(fā)物的分析鑒定采用自動(dòng)熱脫附（ATD）-氣相色譜（GC）/質(zhì)譜聯(lián)用（MS）技術(shù)，ATD-GC/MS型號(hào)：TurboMatrix650ATD、Clarus 600TGC、Clarus 600T MS，均由美國(guó)VARIAN公司生產(chǎn)[3-4]。ATD工作條件：溫度—樣品管脫附溫度260℃，閥溫230℃，傳輸線250℃，捕集阱-25℃～300℃，升溫速率40℃/s。流速—脫附25mL/min，色譜柱流量1.5mL/min，出口分流15mL/min，入口分流0mL/min，注入9.3%。干吹時(shí)間31min，脫附時(shí)間10min[3-4]。GC工作條件：Elite-5/MS柱（30m×0.36mm×0.25μm）的色譜柱，進(jìn)樣通過(guò)液氮脫附，He為載氣;程序升溫過(guò)程為：40℃保持2min，然以5℃/min升溫速率升至270℃保持3min[3-4]。MS工作條件：EI源，電子能量為70ev，質(zhì)量范圍為29～350amu;GC/MS接口溫度為250℃，離子源溫度為190℃，發(fā)射電流為100μA，檢出電壓為400v，質(zhì)譜掃描范圍為19～430m/z[3-4]。利用TM Software4.0得到總離子流圖，通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索NIST2008譜庫(kù)進(jìn)行確認(rèn)和篩選各峰代表的化學(xué)信息，并查閱相關(guān)化工辭典或參考相關(guān)資料進(jìn)行最后確認(rèn)及篩選，確定揮VOCs成分，同時(shí)計(jì)算各成分的相對(duì)濃度等。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算 采用面積歸一化法計(jì)算各成分在樣品氣體中的濃度（%），公式如下[3-4]：

測(cè)到該物質(zhì)的樣管數(shù)目/該日樣管的總數(shù)目=某物質(zhì)出現(xiàn)的概率; （1）

植物釋放的所有氣體峰面積之和/樣品所有氣體峰面積之和=樣品氣體中總揮發(fā)物的濃度（%） （2）

3 結(jié)果與分析

3.1 福建柏林內(nèi)的揮發(fā)物成分 福建柏林內(nèi)共檢測(cè)出170多種揮發(fā)物質(zhì)，鑒定出163種，另有9種物質(zhì)未鑒定出。由圖1可知，VOCs的數(shù)量的日變化呈倒“V”型，15∶00揮發(fā)物的數(shù)量最多，1∶00最少，用單因素方差分析得出15∶00與1∶00差異極顯著（P<0.01）。福建柏林內(nèi)揮發(fā)物共10種，包括烷烴、烯烴、醛、酮、酸、脂、芳香烴等其他類化合物。其中，烷烴、烯烴、醛、酮、芳香烴在總揮發(fā)物中含量較高，尤其是烷烴共檢測(cè)出47種物質(zhì)，占總揮發(fā)物物質(zhì)數(shù)量的28.81%，而酸類物質(zhì)最少，僅5種，占總揮發(fā)物物質(zhì)數(shù)量的3.06%。烯烴類物質(zhì)的數(shù)量次之，在本研究的開放狀態(tài)下檢測(cè)出26種物質(zhì)，包括а-蒎烯、β-蒎烯、長(zhǎng)葉烯、月桂烯、石竹烯、檸檬烯、水芹烯、а-金合歡烯和香芹烯等。

3.2 福建柏林內(nèi)揮發(fā)物濃度 福建柏林內(nèi)VOCs的濃度的日變化呈“M”型。從凌晨1∶00開始一直升高，直至15∶00達(dá)到全天的最高峰，之后直到21∶00濃度逐漸下降，但23∶00左右揮發(fā)物濃度又稍有反彈，隨后直1∶00又開始下降，總體來(lái)看，白天的濃度高于夜間。對(duì)不同時(shí)間段揮發(fā)物濃度進(jìn)行方差分析得出，15∶00與1∶00差異極顯著（P<0.01），15∶00與3∶00、5∶00、7∶00、9∶00時(shí)間段差異顯著（P<0.05），與其他時(shí)間段差異不顯著。從圖1可以看出，隨著溫度的升高，揮發(fā)物的濃度基本變大;隨著相對(duì)濕度的增大，濃度降低。說(shuō)明VOCs與空氣溫度呈正比，與相對(duì)濕度呈反比（1∶00—3∶00時(shí)間段除外）。

3.3 福建柏林內(nèi)主要揮發(fā)物濃度 對(duì)福建柏林內(nèi)各種揮發(fā)物進(jìn)行鑒定后，結(jié)果表明：烷烴、烯烴、醇類、酮類物質(zhì)較其他類物質(zhì)濃度較高，是福建柏林內(nèi)揮發(fā)物的主要成分（圖2）。

3.3.1 烷烴濃度日變化 從圖2可以看出，烷烴濃度日變化呈“N”型，3∶00—7∶00時(shí)間段濃度差異不明顯，而11∶00之后，烷烴濃度開始迅速上升至15∶00時(shí)最高，濃度為11.5%，之后濃度開始下降一直到23∶00出現(xiàn)全天的最低谷，值僅為2%左右，隨后至9∶00濃度緩慢回升，且夜間濃度低于白天。對(duì)全天各個(gè)時(shí)段揮發(fā)物濃度值進(jìn)行多重比較單因素方差分析結(jié)果表明：15∶00與23∶00差異極顯著（P<0.01），與其他監(jiān)測(cè)時(shí)間段除13∶00外均差異顯著（P<0.05）。

3.3.2 烯烴濃度日變化 烯烴濃度的日變化呈“三峰兩谷”型，3個(gè)高峰出現(xiàn)在7∶00、21∶00、5∶00，2個(gè)低谷期出現(xiàn)在13∶00和3∶00，全天來(lái)看濃度變化波動(dòng)較大。7∶00第1個(gè)小高峰之后，揮發(fā)物濃度開始下降，到13∶00降到全天的最低值，之后濃度開始反彈一直升高，至夜間21∶00出現(xiàn)全天的第2個(gè)高峰，隨后由于溫度、濕度等環(huán)境的影像濃度又開始回落至3∶00前后降到第2個(gè)低谷。從多重比較單因素方差分析結(jié)果看出，高峰期7∶00、21∶00、5∶00與低谷期13∶00、3∶00差異極顯著（P<0.01），與其他時(shí)間段9∶00、17∶00-19∶00和23∶00差異不顯著，與11∶00、15∶00差異顯著（P<0.05）。

3.3.3 醇類物質(zhì)日變化 醇類物質(zhì)濃度的日變化呈“W”型，5∶00、7∶00和17∶00出現(xiàn)全天的3個(gè)高峰，13∶00和23∶00出現(xiàn)全天的2個(gè)低谷，具體的日變化規(guī)律與烯烴相似，只是出現(xiàn)第2個(gè)高峰個(gè)第2個(gè)低谷的時(shí)間比烯烴滯后2h。用多重比較單因素方差分析結(jié)果顯示，3個(gè)高峰期分別與2個(gè)低谷期濃度值差異極顯著（P<0.01），而3個(gè)高峰期5∶00、7∶00和17∶00之間濃度差異不顯著，13∶00和23∶00這2個(gè)低谷值之間濃度差異不顯著。

3.3.4 酮類日變化 酮類物質(zhì)的日變化呈單峰曲線，早7∶00濃度開始逐漸升高，13∶00左右基本保持平緩的趨勢(shì)升高，但是13∶00—17∶00揮發(fā)物濃度直線上升并出現(xiàn)全天的峰值，之后隨著溫度的降低，光照的減弱至21∶00前后一直處于下降狀態(tài)，21∶00后濃度開始趨于平緩，基本保持在1%左右。用多重比較單因素方差分析結(jié)果顯示，17∶00與全天其他時(shí)刻差異均顯著，說(shuō)明17∶00受天氣條件等外界因素的綜合影響促使酮類揮發(fā)物的釋放。

4 結(jié)論與討論

（1）春季福建柏林內(nèi)共檢測(cè)出170多種物質(zhì)，鑒定出163種，另有9種物質(zhì)未鑒定出。VOCs的數(shù)量的日變化呈倒“V”型，15∶00揮發(fā)物的數(shù)量最多，1∶00最少，用單因素方差分析得出15∶00與1∶00差異極顯著（P<0.01）。VOCs的濃度的日變化呈“M”型，從凌晨1∶00開始一直升高，直至15∶00達(dá)到全天的最高峰，之后直到21∶00濃度逐漸下降，但23∶00左右揮發(fā)物濃度又稍有反彈，隨后1∶00又開始下降，總體來(lái)看，白天的濃度高于夜間。說(shuō)明春季福建柏生理活動(dòng)旺盛，揮發(fā)物的數(shù)量和濃度均較高[5-6]。

（2）烷烴、烯烴、醇類、酮類物質(zhì)較其他類物質(zhì)濃度較高，是福建柏林內(nèi)揮發(fā)物的主要成分。烷烴濃度的日變化呈“N”型，烯烴濃度的日變化呈“三峰兩谷”型，3個(gè)高峰出現(xiàn)在7∶00、21∶00、5∶00，2個(gè)低谷期出現(xiàn)在13∶00和3∶00，醇類物質(zhì)濃度的日變化呈“W”型，5∶00、7∶00和17∶00出現(xiàn)全天的3個(gè)高峰，13∶00和23∶00出現(xiàn)全天的2個(gè)低谷，而酮類物質(zhì)的日變化呈單峰曲線。

（3）福建柏林中烯烴類化合物大部分是萜烯類，研究發(fā)現(xiàn)，它的產(chǎn)生是儲(chǔ)存在特定的組織結(jié)構(gòu)中，而不是立刻釋放出來(lái)的，一般是到儲(chǔ)存量最大時(shí)，使萜烯類分壓保持恒定，一旦氣孔開放，萜烯類等化合物就立刻被釋放出來(lái)[7-8]?？梢?，外界因素如光照強(qiáng)度、溫濕度等對(duì)植物揮發(fā)物的釋放起著決定性作用。因此，今后要加強(qiáng)對(duì)氣候因子與其關(guān)系的研究，更加深入全面的研究揮發(fā)物的釋放機(jī)理[9-10]。

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（責(zé)編：張宏民）